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1、实验：验证机械能守恒定律实验：验证机械能守恒定律 方法点拨 要明确“谁”在“哪个过程”中机械能守恒，列出守恒方程，明确要测量的物 理量. 1.某课外活动小组利用竖直上抛运动“验证机械能守恒定律”： (1)某同学用 20 分度游标卡尺测量小球的直径， 读数如图 1 甲所示， 小球直径为_cm. 用图乙所示的弹射装置将小球竖直向上抛出，先后通过光电门A、B，计时装置测出小球通 过A、B的时间分别为 2.55ms、 5.15ms， 由此可知小球通过光电门A、B时的速度分别为vA、vB， 其中vA_m/s. 图 1 (2)用刻度尺测出光电门A、B间的距离h， 已知当地的重力加速度为g， 只需比较_ 与
2、_是否相等就可以验证机械能是否守恒(用题目中涉及的物理量符号来表示). (3)通过多次的实验发现，小球通过光电门A的时间越短，(2)中要验证的两数值差别越大， 试分析实验中产生误差的主要原因是_. 2.某同学用如图 2 所示的装置验证机械能守恒定律.一根细线系住钢球，悬挂在铁架台上， 钢球静止于A点，光电门固定在A的正下方.在钢球底部竖直地粘住一片宽度为d的遮光条. 将钢球拉至不同位置由静止释放，遮光条经过光电门的挡光时间t可由计时器测出，取v 作为钢球经过A点时的速度.记录钢球每次下落的高度h和计时器示数t，计算并比较钢球 d t 在释放点和A点之间的势能变化大小 Ep与动能变化大小 Ek，
3、就能验证机械能是否守恒. 图 2 (1)用 Epmgh计算钢球重力势能变化的大小，式中钢球下落高度h应测量释放时的钢球 球心到_之间的竖直距离 A.钢球在A点时的顶端 B.钢球在A点时的球心 C.钢球在A点时的底端 (2)用 Ekmv2计算钢球动能变化的大小，用刻度尺测量遮光条宽度，示数如图 3 所示， 1 2 其读数为_cm.某次测量中， 计时器的示数为 0.0100s， 则钢球的速度为v_m/s. 图 3 (3)下表为该同学的实验结果： Ep/(102J)4.8929.78614.6915.5929.38 Ek/(102J)5.0410.115.120.029.8 他发现表中的 Ep与 E
4、k之间存在差异， 认为这是由于空气阻力造成的.你是否同意他的观 点？请说明理由. _ _ (4)请你提出一条减小上述差异的改进建议. _ _ 3.为了“验证机械能守恒定律” ，某研究性学习小组的同学利用透明直尺和光电计时器设计 了一套实验装置，如图 4 所示.当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示 物体的挡光时间，所用的光电门传感器可测的最短时间为 0.01ms.将具有很好挡光效果的宽 度为d3.8103m 的黑色磁带水平贴在透明直尺上.实验时，将直尺从一定高度由静止释 放，并使其竖直通过光电门.某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间 ti与图中所示的 高度差hi， 并将部分数据
5、进行了处理， 结果如下表所示(表格中M为直尺质量，g取9.8m/s2). 图 4 ti(10 3s) vi(ms d ti 1) EkiMvi2Mv12 1 2 1 2 hi(m)Mghi 11.213.13 21.153.310.58M0.060.58M 31.003.782.24M0.232.25M 40.954.003.10M0.323.14M 50.904.224.01M0.41 (1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi求出的，请你简 d ti 要分析该同学这样做的理由是_. (2)请将表格中的数据填写完整. (3)通过实验得出的结论是_. (4)根据该实验，下
6、列 Ekh图象中正确的是_. 答案精析答案精析 1.(1)1.020 4.0 (2)gh (3)小球上升过程中受到空气阻力的作用，速度越大， v2 A 2 v2 B 2 所受阻力越大 解析 (1)根据游标卡尺读数原理知题图甲所示的小球直径为d10mm0.054mm 1.020cm.由于小球通过光电门的时间很短， 可以用通过光电门的平均速度代替瞬时速度， 由 速度定义可知，vA m/s4.0m/s. d t 10.20 2.55 (2)小球从A到B，重力势能增加mgh，动能减少mvA2mvB2，则要验证机械能是否守恒， 1 2 1 2 只需比较gh与是否相等即可. v2 A 2 v2 B 2 (
7、3)小球通过光电门A的时间越短，说明小球速度越大.(2)中要验证的两数值差越大，说明 机械能损失越大，克服空气阻力做功越大，阻力越大，这说明小球上升过程中受到空气阻力 的作用，速度越大，所受阻力越大. 2.(1)B (2)1.50(1.491.51 均可) 1.50(1.491.51 均可) (3)不同意，因为空气阻力会造成 Ek小于 Ep，但表中 Ek大于 Ep. (4)分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l， 计算 Ek时， 将v折算成钢球的速度v v. l L 解析 (2)读数时要注意最小分度值是 1 毫米，要估读到最小分度值的下一位，速度v d t 1.50m/s. 1.50 102m
8、 1.00 102s (3)因为空气阻力会使动能的增加量Ek小于重力势能的减少量Ep， 但表中Ek大于Ep， 所以不同意他的观点. (4)据题图可看出，光电门计时器测量的是遮光条经过光电门的挡光时间，而此时遮光条经 过光电门时的速度比小球的速度大，因为它们做的是以悬点为圆心的圆周运动，半径不等， 所以速度不能等同，而这位同学误以为相同，从而给实验带来了系统误差.改进方法：根据 它们运动的角速度相等，分别测出光电门和球心到悬点的长度L和l，计算 Ek时，将v折 算成钢球的速度vv. l L 3.(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度 (2)4.02M (3)在误差允许的范围 内，重力势能的减少量等于动能的增加量 (4)C